水泥搅拌桩实际应用中的几个问题

1、水泥搅拌桩实际应用中的几个问题 李桂平副总工程师，山西省城市规划设计研究院，030002 太原收稿日期：19980807摘要：概述水泥搅拌桩在设计中几个参数的取值问题，并对水泥搅拌桩复合地基的质量检测问题加以讨论。 关键词搅拌桩复合地基载荷试验水泥掺入量龄期水泥搅拌桩在我国处理饱和软弱土地基中取得了较为广泛的应用，近几年逐步引入加固人工杂填土地基。该法加固软土地基效果显著，不仅使地基承载力明显提高，建筑物沉降量大幅度减少，而且可以减少土中自由水含量，使地基处理后可快速投入使用，同时，在施工中无噪音，无振动，无污染，适应快速施工要求，有良好的技术经济效益和社会效益。 1 选用水泥搅拌桩应注意的问

2、题水泥搅拌桩系水泥深层搅拌桩。 其加固机理是：水泥浆(粉)与地基土在外力作用下(桩头搅拌力及水泥浆(粉)压入压力)均匀搅拌，进行水化反应并形成具有一定强度的水泥土桩(即所谓半刚性桩)。部分水泥浆(粉)在灌浆压力作用下发生水化反应并渗入桩体周边的土体中形成桩体，增大了桩体与桩间土的摩擦系数，提高了桩体承载力，并与桩间土共同形成良好的复合地基。所以选用水泥搅拌桩时应注意以下问题：(1) 对于含水量高的地基(比如饱和软弱土)，应采用水泥干粉，除形成半刚性的水泥土桩外，由于水泥的水化作用，在一定程度上减少了地基土中自由水的含量，桩间土产生一定的固结作用，使桩间土本身强度有所提高，从而导致复合地基承载力

3、的提高。(2) 对于含水量低的地基，应采用水泥浆，否则水泥的水化作用缓慢，桩体强度较低，影响复合地基承载力。(3) 水泥搅拌桩用于处理液化地基时应慎重。近些年来，水泥搅拌桩在太原市得到普遍推广应用，但能否用于处理液化地基值得研究。据笔者了解，有相当一部分工程采用水泥搅拌桩处理液化地基，但在最后检验时，往往地基的液化指数不能满足设计要求，因为水泥搅拌桩主要是提高桩体周围土的强度，而桩间土中只有微量水泥渗入。现行地基处理检测手段是靠处理后的桩间土的标贯试验评价复合地基的液化等级的，显然从水泥搅拌桩的作用机理来看，桩间土几乎没有改变，那么桩间土的标贯试验结果与处理前势必相差不多。从复合地基的整体来看

4、，水泥搅拌桩对消除液化肯定是有效的，但在现行检测手段下，液化指数是不会下降的，或者下降幅度很小，因此从表面看消除的效果是很小的。但如果外加剂改为石灰粉，则因其具有吸水膨胀性，极大地减少了桩间土的含水量，同时对桩间土有一定的挤密作用，采用现行检测手段获取的液化指数可以满足要求，故能有效地消除地基的液化，而且实践也证明了这一点。2 在设计应用中应注意的问题搅拌桩单桩竖向承载力标准值计算中的系数以建筑地基处理技术规范JGJ7991为准。该“规范”指出：单桩竖向承载力标准值可按下列二式计算，取其中较小值：Rdk=Fcu，kAp (1)Rdk=qsUp L+Apqp (2)式中： Fcu,k与搅拌桩桩身

5、加固土配比相同的室内加固土试块(边长为70.7mm立方体，也可采用边长为50mm的立方体)的无侧限抗压强度平均值(kPa)；强度折减系数，可取0.350.50；S桩周土的平均摩擦力，对淤泥取5kPa8kPa，对淤泥质土可取8kPa12kPa，对粘性土可取12kPa15kPa；Up桩周长；L 桩长；qp桩端天然地基土的承载力标准值，可按国家标准建筑地基基础设计规范GBJ789第三章第二节的有关规定确定；桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.40.6。在设计中承受垂直荷载的搅拌桩一般应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。即Fcu，kAp qsUpL+Apqp，

6、这样可使桩身强度与支承力相协调，使桩身强度充分发挥作用。在实际应用中受施工周期的限制，难以进行与搅拌桩桩身的加固土配合比相同的室内加固土试块的试验，故多直接采用式(2)先进行单桩竖向承载力的估算，式(2)中的 qp(桩端天然地基土的承载力标准值)，实际上是一个有一定伸缩性的弹性取值，该值与桩端土受扰动情况、桩的长度以及施工技术等有关，国家标准建筑地基处理技术规范GBJ791说明qp可按国家标准建筑地基基础设计规划GBJ789第三章第二节的有关规定确定。桩端土折减系数取值与施工时桩底端部施工质量有关。若桩底土质软易受扰动且桩较长时，取低值，若桩底施工质量好，搅拌桩支撑于硬土上，且桩较短时，可取高

7、值。Fcu,k为水泥土无侧限抗压强度，其平均值一般为300kPa4000kPa。随水泥掺入量不同，Fcu,k变化幅度较大，如前述，若无条件进行与搅拌桩桩身加固土配合比相同的室内加固土试块试验时，要实现水泥土桩桩身与所选水泥掺入量达最经济合理的状态就很难。笔者认为，今后“规范”有必要广泛收集施工及设计资料，提供一些不同水泥品种、标号、掺入量以及不同土质等的水泥土无侧限抗压强度参考值，为无条件做水泥土室内试验的工程设计提供参考。3 质量检测的问题水泥搅拌桩加固软土地基的效果，通常是用施工质量控制和现场试验进行检验的。施工质量控制包括以下内容：预搅，软土完全预搅切碎；水泥浆不得离析；确保加固强度均匀

8、，可按国家标准建筑地基处理技术规范JGJ7991第9.3.4条施工步骤执行；确保桩的垂直度等。质量检验一般要进行桩身强度测试，是按桩总数的15%随机抽取，进行小应变试验， 而复合地基载荷试验一般按一个楼座不小于3组进行试验。据有关资料介绍， 复合地基荷载试验的最初时间，水泥土强度随着龄期的增长而增大，一般在龄期超过28天后仍有明显增加。当水泥掺入量w=7%时，水泥土120天的强度是28天强度的2.03倍；当w=12%时，180天强度为28天的1.83倍。当龄期超过三个月后，水泥土强度增长趋缓。因此，选用三个月龄期强度作为水泥土桩的标准较为适宜。由于深层搅拌桩处理地基为复合地基，因此，载荷试验应

9、在水泥土桩达设计强度及三个月左右后进行较合理。但因等待时间较长，会影响工程进度，故实际应用中，只要桩身强度达到2.5MPa，即可进行载荷试验。但实际工程中由于施工周期及施工经费等问题，复合地基载荷试验常以其它检验方式取代。但无论从理论还是从实践讲，水泥搅拌桩既不同于刚性的预制灌注桩，也不同于柔性的碎石(砂)桩，而是介于二者之间的一种半刚性桩，也就是说既没有刚性桩的桩身强度，也没有柔性桩特有的对周边土的挤密作用，而是具有一定强度的水泥土桩和未经处理的桩间土共同形成的复合地基，靠桩体与周边土的摩擦和桩端土的端承作用，共同抵抗上部荷载。所以，软土层的土质含水量、压缩性、深度等参数均对复合地基承载力存

10、在不同程度的影响，故必须做桩体与桩间土共同作用的载荷试验，才能真实反映复合地基的承载力，而其它任何的理论推导，因其不能考虑地基土的上述各异性，都是不严密的，这一点应引起设计及施工人员的重视。软土地基水泥搅拌桩加固是基于水泥对软土的加固作用的，而目前这项技术的发展仅有十余年的历史，无论在加固机理、设计计算方法或者施工工艺上均存在不完善的地方，有些仅处于半理论、半经验状态，因此，我们应从各方面重视水泥土桩的室内外试验，以便为设计提供更为可靠的依据。4 结论水泥搅拌桩是加固处理软弱地基土的一种行之有效的方法，使用前应尽可能通过试验确定加固设计参数，特别是找出最佳的水泥掺入量和最佳桩长，从而降低加固费用，以充分发挥